Como melhorar a resistência a frio das formulações de PVC

Formas de melhorar a resistência a frio das formulações de PVC

O plástico de PVC possui boas propriedades físicas e mecânicas e pode ser utilizado na produção de materiais de construção, materiais de embalagem, materiais eletrônicos, bens de consumo diários, etc., e é amplamente utilizado em diversas áreas como indústria, agricultura, construção, transporte, telecomunicações elétricas e embalagens.

Devido à sua baixa resistência ao frio e baixa resistência ao impacto da temperatura, o limite inferior da temperatura de uso do PVC duro é geralmente -15ºC, o que limita a aplicação de materiais de PVC em determinados aspectos. Através do ajuste da resina de PVC e aditivos, a resistência fria do plástico de PVC pode ser efetivamente melhorada para atender às necessidades de baixa temperatura.

O Xiongxing Group conta com mais de 26 anos de experiência em produção de PVC e uma equipe profissional de P&D para escrever este artigo, focando em alguns métodos para melhorar a resistência fria do PVC do ponto de vista da fórmula, para que todos aprendam e se refam.

Portão de construção do escritório do Grupo Xiongxing

A resina de PVC é uma espécie de polímero polar não cristalino. Sua temperatura de transição de vidro é de 75~105°C de acordo com o peso molecular. Quanto maior a massa molecular relativa, maior a viscosidade, e o grau de atração ou emaranhamento de van der Waals entre cadeias macromoleculares de PVC. Correspondentemente, o segmento da cadeia de PVC aumenta, e a baixa resistência à temperatura do material é melhor.

Nas formulações convencionais de PVC, se você só precisa lidar com o clima frio do inverno do norte, você pode escolher uma resina de PVC com uma viscosidade ligeiramente maior, ou seja, um peso molecular médio ligeiramente maior. Pode ser uma resina de PVC com maior viscosidade no mesmo grau ou uma resina de grau mais baixo.

Além disso, em alguns produtos com requisitos especiais, como bolsas de sangue que podem suportar -30ºC, pode-se utilizar resina de cloreto de polivinil de alto grau (grau médio de polimerização superior a 2000). Isso porque o alto grau de polimerização do PVC é melhor que o PVC convencional. A grande cristalina e a estrutura transversal da resina dificultam o deslizamento entre macromoléculas, aumentam a elasticidade e aumentam o peso molecular, e aumentam a força intermolecular van der Waals e força de ligação química intramolecular para obter excelente resistência fria.

Como um importante componente de formulação de produtos macios de PVC, os plastificantes têm um grande impacto no desempenho dos produtos macios. Se os produtos forem necessários para serem usados a baixas temperaturas, o tipo de plastificador deve ser selecionado. Atualmente usados como plastificadores resistentes a frio incluem principalmente ésteres ácidos dibásicos ácidos graxos, ésteres de ftalato de álcool linear, ésteres de ácido graxo de álcool dietídrico e monestres de ácido graxo epóxi. De acordo com relatos, n-destituídos amides de ácido graxo, ésteres de ácido dicarboxílico naphthenico e ésteres de ácido graxo clorometoxy também são plastificadores resistentes ao frio com excelente desempenho de baixa temperatura.

Melhorar a resistência fria de produtos macios de PVC geralmente pode ser obtido aumentando a quantidade de plastificador resistente a frio. DOA (dioctyl adipate), DIDA (diisodecyl adipate), DOZ (azelato dioctil), DOS (dioctyl sebacate) são representativos de plastificantes resistentes a frio Variedade, porque a compatibilidade de plastizadores resistentes a frio em geral com PVC não é muito boa, na verdade, só pode ser usada como um plastificador auxiliar para melhorar a resistência ao frio, e sua dosagem geralmente é de 5-20% do plastificador principal.

Além disso, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol diisobutyrate (TXIB), estearato de butil, dietileno glicol di-2-ethyl ester, etc. O produto também funciona como um plastificador resistente a frio.

Pesquisadores da equipe de pesquisa científica do Grupo Xiongxing apontaram que é melhor usar plastificante resistente a frio e triamida hexametimesfórica juntos com o propósito de melhorar a dureza resistente ao frio e o alongamento de baixa temperatura do filme. Embora o triamide hexafosfórico em si não seja um plastificador resistente ao frio, ele pode efetivamente reduzir o ponto de congelamento de vários plastificadores e alcançar o propósito de aumentar o efeito resistente ao frio do filme.

Uma maneira eficaz de melhorar a baixa resistência ao impacto de baixa temperatura do PVC é adicionar polímeros com baixa temperatura de transição de vidro e alta elasticidade à temperatura ambiente, coletivamente referido como modificadores. O polímero adicionado deve ter parâmetros de solubilidade semelhantes com PVC, ter uma certa solubilidade mútua, e pode formar uma mistura de duas estruturas, melhorando assim a força de impacto de baixa temperatura do produto.

O CPE pode melhorar o baixo desempenho de temperatura e a resistência ao impacto dos produtos. À medida que a quantidade de CPE aumenta, o desempenho de impacto dos produtos PV C vai melhorar gradualmente. Quando a dosagem é aumentada até certo ponto, o desempenho de impacto de baixa temperatura dos produtos PV C tenderá a ser estável, atingindo uma relação custo-desempenho adequada em cerca de 8 ou 9 partes. À medida que a quantidade de borracha nitrida em pó (NBR) aumenta, a força de impacto de baixa temperatura do PVC duro aumentará gradualmente.

O EVA tem boas propriedades de fluxo, baixa temperatura de transição de vidro, bom efeito de endurecimento de baixa temperatura, mas alto custo.

Acr tem excelente resistência ao impacto de baixa temperatura e resistência ao clima, e pode melhorar a aparência do produto. Geralmente, um bom efeito pode ser alcançado adicionando 5 partes. O MBS de alto impacto tem uma baixa temperatura de transição de vidro, que tem um bom efeito na melhoria da fragilidade de baixa temperatura dos materiais de PVC, mas tem baixa resistência climática.

O ABS pode aumentar a força de impacto de baixa temperatura dos materiais de PVC e, ao mesmo tempo, melhorar a aparência dos produtos.

Além disso, a SBS e outras substâncias que contêm uma fase de borracha e têm uma temperatura de transição de vidro mais baixa também podem melhorar a resistência ao impacto e à resistência ao frio do PVC.

Não só isso, pesquisadores do Grupo Xiongxing estudaram a resistência fria do PVC macio modificado e mostraram que a resistência fria do PVC macio modificado misturado é obviamente afetada pela variedade e dosagem de modificadores de polímeros. Através de vários métodos de teste, verificou-se que elvaloy 711 (copolímero de monóxido de carbono de acetato de etileno-vinil), NBR-26 (borracha nitrila a granel), Chemigum P83 (borracha nitriz em pó pré-cruzada) e outros modificadores de polímero podem melhorar significativamente a resistência fria do PVC macio, e certos modificadores de polímero como CPE e EVA com baixo teor de VA danificarão a resistência fria do PVC macio. O modificador de borracha nitrida pode melhorar a resistência média (gasolina) do PVC macio, melhorando assim o baixo desempenho de temperatura de PVC macio embebido em gasolina.

Os agentes resistentes ao frio no mercado, como K-175C, N-550C e outros produtos, são na verdade um modificador de estireno desenvolvido para melhorar a flexibilidade de baixa temperatura e a força de impacto do PVC. Devido à sua baixa temperatura de transição de vidro e boa compatibilidade com PVC, ele tem certos efeitos de plasticização e endurecimento. Portanto, depois de adicionar ao PVC, ele pode melhorar e melhorar o baixo desempenho de temperatura do PVC.

O elastômero termoplástico (TPE) é uma espécie de material sintético que mostra elasticidade de borracha à temperatura ambiente e pode ser plastificada e formada em alta temperatura. Portanto, este tipo de polímero tem as características de borracha e termoplásticos, podendo ser usado como material composto. O agente de endurecimento também pode ser usado como material de matriz de materiais compostos. Tais materiais incluem principalmente produtos de poliuretano, estireno, poliolefina, poliéster, síndiotético 1,2-polibutadieno e poliamida. . Atualmente, estirenos e poliolefinas são mais comumente usados como agentes de endurecimento para materiais compostos.

A resistência fria dos produtos PVC-TPE é pelo menos não menor do que a do PVC macio. Quando são utilizados plastizadores resistentes ao frio e fórmulas resistentes ao frio, o PVC-TPE ainda mantém boa elasticidade em -45. Em termos de produtos resistentes ao frio e resistentes à água do mar, como selos de navios, vedações de contêineres e mangueiras marinhas, o PVC-TPE também é popular. TPEs como H4040, H3303 e outras marcas têm boa compatibilidade com PVC. Depois de adicionar, ele pode melhorar significativamente a flexibilidade de baixa temperatura do PVC, aumentar significativamente sua resistência à dobra e reduzir o ponto de desbridamento.

Uma empresa japonesa de tecnologia plástica também desenvolveu um elastomer termoplástico de poliuretano-polivinil. Este material é feito misturando TPU e PVC e o terceiro componente após a mistura. Ele dá jogo completo às excelentes características de TPU e PVC e tem as seguintes vantagens:

(1) O TPU é usado como um plastificador para PVC, eliminando os problemas de migração e volatilização plastificante que existiam em PVC macio no passado.

(2) A temperatura de debrittlement do material de PVC também foi reduzida de -30°C para -68°C, atingindo um grau especial resistente ao frio.

A influência dos enchimentos na resistência fria do PVC macio está relacionada à absorção de plastificantes. A tendência geral é que a absorção de plastificantes seja pequena. Preenchimentos têm pouco efeito sobre a resistência ao frio, enquanto a absorção de plastificadores como o carbono preto e argila dura é grande O agente de enchimento do PVC reduzirá significativamente a resistência ao frio do PVC.

A adição de enchimentos ao PVC rígido muitas vezes afeta o desempenho do impacto, especialmente a fragilidade da baixa temperatura aumentará com o aumento da quantidade de enchimentos. Isso porque quando o enchimento é adicionado ao PVC como uma partícula inorgânica, ele vai preencher entre as cadeias moleculares. Quando a quantidade é pequena, ela preenche as lacunas de algumas cadeias moleculares para desempenhar um papel de reforço; ou preenche entre as cadeias moleculares para aumentar a distância entre as moléculas e aumentar a dureza do sistema. Mas quando sua dosagem aumenta, à medida que a distância intermolecular aumenta, a força intermolecular é destruída. Quando a temperatura é adicionada, a mobilidade da cadeia molecular é reduzida, e a capacidade do material de resistir ao impacto externo é drasticamente reduzida. Portanto, tem uma má influência no baixo desempenho de impacto de temperatura do PVC duro.

A adição de enchimentos ao PVC rígido muitas vezes afeta o desempenho do impacto, especialmente a fragilidade da baixa temperatura aumentará com o aumento da quantidade de enchimentos. Isso porque quando o enchimento é adicionado ao PVC como uma partícula inorgânica, ele vai preencher entre as cadeias moleculares. Quando a quantidade é pequena, ela preenche as lacunas de algumas cadeias moleculares para desempenhar um papel de reforço; ou preenche entre as cadeias moleculares para aumentar a distância entre as moléculas e aumentar a dureza do sistema. Mas quando sua dosagem aumenta, à medida que a distância intermolecular aumenta, a força intermolecular é destruída. Quando a temperatura é adicionada, a mobilidade da cadeia molecular é reduzida, e a capacidade do material de resistir ao impacto externo é drasticamente reduzida. Portanto, tem uma má influência no baixo desempenho de impacto de temperatura do PVC duro.

Após o enchimento ser processado, as propriedades de tração do material serão melhoradas, mas a melhora da resistência ao impacto de baixa temperatura não é óbvia. A razão é que as partículas de enchimento ocupam o espaço ativo da cadeia molecular de PVC. Embora a força de ligação entre o enchimento ativo e a cadeia molecular de PVC aumente, esse aumento só aumentará a força da molécula quando ela for esticada, e a fragilidade do material só aumentará devido ao aumento das partículas de enchimento.

Carbonato de cálcio nano e carbonato de cálcio ultrafina são adicionados ao PVC. Devido ao efeito de tamanho pequeno, ele tem um efeito modificador semelhante. Dentro de uma certa faixa de dosagem, pode melhorar o baixo desempenho de temperatura dos materiais de PVC, mas como não há baixa temperatura de transição de vidro, o efeito não é tão óbvio quanto o modificador, e depois de uma certa quantidade ser adicionada, a fragilidade de baixa temperatura do material aumentará.

Em formulações gerais, é possível aumentar a quantidade de lubrificante interno que promove a plasticização ao mesmo tempo em que reduz a quantidade de auxiliares de processamento, mas este método não é recomendado em formulações resistentes ao frio. Porque a função de auxiliar de processamento não é apenas para melhorar a capacidade de processamento do PVC, mas também para melhorar muito o desempenho de baixa temperatura dos produtos, que não podem ser substituídos por lubrificantes.

O plastificador de pvc macio mais usado é fosfato tricresílico, mas o baixo desempenho de temperatura do fosfato tricresílico é muito ruim, por isso é mais adequado para usar fosfato de alquila quando a resistência fria precisa ser considerada.

Estabilizadores comuns têm um efeito negativo sobre a resistência fria dos produtos de PVC. Diferentes tipos de estabilizadores têm efeitos diferentes sobre a resistência fria dos produtos devido às suas diferentes formas e propriedades físicas. Por ser indispensável e a quantidade ser limitada, esse aspecto raramente é considerado no desenho geral da formulação.

Em suma, selecionando/alterando aditivos com melhor resistência ao frio, introduzindo alguns polímeros resistentes ao frio e uma série de métodos de ajuste de fórmula, a resistência fria dos materiais de PVC pode ser melhorada para atender às exigências de uso de baixa temperatura. Ao mesmo tempo, devemos também prestar atenção a muitos aspectos como temperatura de processamento, temperatura de resfriamento, velocidade de tração, design estrutural, etc., que também terá um certo impacto na resistência fria dos produtos de PVC.

Parte da sala experimental de pesquisa científica do Grupo Xiongxing

Em resumo, o pessoal de pesquisa científica do Grupo Xiongxing sugere que, ao projetar a fórmula de PVC, todos os fatores como condições de aplicação, estrutura do produto, equipamentos de processamento, condições de processo, etc. devem ser considerados em conjunto com a fórmula, e ajustes correspondentes devem ser feitos através de experimentos. Obtenha uma fórmula de PVC com excelente resistência ao frio.